JP6068452B2 - 特に自動車用の熱交換器、および対応する吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は特に自動車用の熱交換器に関する。また本発明はそのような交換器を備える吸気装置にも関する。

熱交換器は、例えば自動車産業で使用され、相互に熱を交換し合う流体が内部を循環する流体熱交換流動要素を備える。熱交換要素には、例えば、管やプレート、気体の循環を撹乱し、かつ／もしくは流体流動撹乱要素を乱すためのフィン、またはこれに類似したものが含まれうる。

自動車分野で使用されるそのような交換器は、特に過給熱機関の分野のものが知られている。

この場合、熱交換器は、過給空気冷却器（ＲＡＳと略記される）とも呼ばれ、外気やエンジン冷却剤回路からの水などの液体といった別の流体との熱交換によってエンジンの過給空気を冷却することを可能にし、よって、空気／空気または液体／空気型の交換器を形成する。

従来、空気は、当業者が多くの場合「吸気マニホールド」と呼ぶ部分で受け入れられる。

マニホールドは、燃焼室のシリンダヘッドに、すなわちシリンダ入口に固定されている。エンジン速度に応じて、空気は、全部もしくは一部が冷却されたり、冷却されなかったりする。

公知の一解決法によれば、熱交換器ＲＡＳはマニホールドに収容され、マニホールドを通る空気を冷却することを可能にする。

このために、マニホールドは、マニホールド内での交換器ＲＡＳの導入を可能にする開いた面を有する。この開口は後で閉蓋によって閉じられる。

したがって、さらに別の組立てステップを設けることが必要である。このことはコストに影響を及ぼしうる。

さらに、この実施態様は封止の欠陥を呈する可能性があり、封止の欠陥は結果として不十分な熱交換性能レベルを生じ、特に、振動現象を発生させる可能性がある。実際には、外部の媒質と装置との間の封止、閉蓋と管束との間の封止、および管束とマニホールドとの間の封止がすべて制御される必要がある。

さらに、管束と側面の閉蓋との間の連結は、ねじやクリップといった固定部品の追加を必要としうる。

また、水接続部で継手を追加する必要も生じうる。

本発明の目的は、優れた封止を呈し、熱交換器の性能レベルの最適化する一方で、組立てを簡略化することも可能にする熱交換器を提案することである。

このために、本発明の主題は、特に自動車用の、少なくとも２つの流体間の熱交換器であって、
上記流体間の熱交換管束と、
上記管束を収容するためのハウジングであって、少なくとも１つの側面開口を有するハウジングと
を備え、
上記交換器は、不可分の一体的組部品を形成するように上記管束と上記ハウジングとに密閉されてしっかりと取り付けられた、上記ハウジングの上記少なくとも１つの開口を閉じるための蓋も備えることを特徴とする交換器である。

また上記交換器は以下の特徴のうちの１つもしくは複数も、別々に、または組み合わせて備えていてよい。

上記ハウジングが略全体として「Ｕ字」の形状を有し、上記蓋が、上記ハウジングの形状と対をなす略全体として「Ｕ字」の形状を有すること、
上記ハウジングがろう付けによってしっかりと取り付けられていること、
上記蓋が上記管束と上記ハウジングとに対する突出部を形成する周縁部を有すること、
上記周縁部が上記交換器の容器に固定するための固定手段を備えること、
上記交換器が上記蓋の上記周縁部に封止手段を備えること、
上記ハウジングが上記管束と上記蓋との間に挿入されること、
上記交換器が少なくとも１つの流体入口パイプおよび１つの流体出口パイプを備え、上記蓋が上記流体の通過のための結合したオリフィスを有すること、
上記パイプが上記蓋にろう付けされていること、
上記ハウジングが上記管束と上記パイプとの間に上記流体の循環のための結合したオリフィスを有すること、
上記交換器が自動車内のエンジンの過給空気を冷却するように構成されていること。

また本発明は、特に自動車用の吸気装置であって、前述の熱交換器、ならびに上記交換器を収容する吸気マニホールドを備えることを特徴とする吸気装置にも関するものである。

一実施形態によれば、上記装置は、上記交換器の上記閉蓋と上記マニホールドとの間に封止手段を備える。

本発明の他の特徴および利点は、例示的、非限定的実施例として示す以下の説明、および添付の図面を読めばより明確になるであろう。

熱交換器の斜視図である。 図１の交換器の断面図である。 図２の交換器の断面図の一部の拡大部分図である。

これらの図では、実質的に同一の要素は同じ参照符号を有する。

本発明は、特に、自動車の熱機関の過給空気を冷却するための熱交換器に関するものである。

この場合、交換器は、吸気マニホールド（不図示）に配置することができる。そのようなマニホールド（不図示）は、供給ガス分配器とも呼ばれ、一般にシリンダヘッドに取り付けられており、シリンダヘッドへの過給空気の取入れを可能にする。

吸気マニホールドとマニホールドに収容された交換器とで形成された組部品は過給吸気装置を形成する。

そのような交換器は、いわゆる「空気−水」交換器、すなわち、熱を交換し合う流体が空気と水である交換器とすることができる。過給空気冷却器の場合には、水は、好ましくは、上記熱機関のいわゆる「低温」冷却剤回路からの水であり、これは通常、不凍剤が添加された水である。

図１に、全体参照符号１で指示されたそのような熱交換器を示す。

この実施形態によれば、交換器１は、略全体として平行六面体の形状を有する。

この交換器１は、
過給空気といった第１の流体と冷却剤といった第２の流体との間の熱交換管束３と、
交換管束３を収容するためのハウジング５と、
ハウジング５を閉じるための蓋７と
を備える。

交換管束
図示の実施形態によれば、熱交換管束３は、２つの大きい側面３ａ、３ｂと、２つの小さい側面３ｃ、３ｄと、２つの端面３ｅ、３ｆとを備える略全体として平行六面体の形状を有する。

この管束３は、一般的には、第１の流体の循環のための第１の流路９と、第２の流体の循環のための第２の流路１１とを画定するプレートまたは管の積み重なったものを含みうる（図２および図３参照）。

第１の流体は、例えば、管束３の長手方向に第１の流路９を通り、第２の流体は、例えば第２の流路１１を、例えば第１の端面３ｅから対向する第２の端面３ｆへ横断的に通る（図１参照）。

第１の流路９には、交換表面積を増大させることによってこれら第１の流路９内の空気の流れを撹乱するように撹乱フィン１３を設けることが可能であり、撹乱フィン１３は図２および図３により明確に示されている。代替として、または加えて、熱交換を向上させるように、第２の流路１１内を循環する第２の流体のためのタービュレータ（不図示）を設けることも可能である。

これらの妨害物は、プレートまたは管の壁を介した空気と水との間の熱交換を促進することを可能にする。

さらに、図１に示すように、交換器１は、管束３への第２の流体の取入れと、第２の流路内を循環した後の第２の流体の排出とのための、入口パイプ１５と出口パイプ１７とを備える。

このために、第２の流路１１を定義する管束３のプレートまたは管は、第２の流路内での第２の流体の循環を可能にするために、隣接するプレートまたは管の対応する開口１９と連通し、第２の流体の入口パイプ１５および出口パイプ１７と連通する開口１９（図３参照）を有する。

ハウジング
前述のように、ハウジング５は交換管束３を収容する。

ハウジング５は、図示の例では、管束３の小さい側面３ｄで開いている形状を有する。ハウジング５はしたがって、管束３の小さい側面３ｄに側面開口６（図２および図３）を備える。

図示の実施形態によれば、管束３は平行六面体であり、ハウジング５は相補的な略「Ｕ字」の形状を有する。この「Ｕ字」形状は、管束３の２つの大きい側面３ａ、３ｂと１つの小さい側面３ｃとを覆うことを可能にする。

管束３の端面３ｅ、３ｆは、過給空気といった第１の流体の循環を可能にするためにハウジング５によって覆われていない。

さらに、第２の流路１１への第２の流体の取入れを可能にするために、ハウジング５は、それぞれ、入口パイプ１５および出口パイプ１７と連通する入口オリフィス２１および出口オリフィス２３（図２および図３参照）を有する。これらのオリフィス２１、２３は、管束３のプレートまたは管の開口１９とも連通している。

さらに、再度図１を参照すると、ハウジング５は１つもしくは複数の立ち上がり縁部２５も備えていてよい。これらの立ち上がり縁部２５はしたがって、ハウジング５の面によって規定される全体面に対して突出している。

交換器１が過給吸気マニホールド（不図示）といった容器に収容されるときに、組立ては、例えば交換器３の長手方向に、マニホールドの結合した開口を介して交換器１をマニホールドへ挿入することによって行うことができ、この場合、立ち上がり縁部２５は組立てのための機械的案内手段として機能しうる。マニホールド上には、例えば案内溝などといった相補的案内手段を設けることができる。

言うまでもなく、一方では管束３のハウジング５に備わり、他方ではマニホールド（不図示）に備わった他の相補的案内手段を設けることもできる。

さらに、吸気装置は、交換器１とマニホールド（不図示）との間に１つもしくは複数の封止手段を備えることができる。

閉蓋
前述のように、交換器１は蓋７も備える。この蓋７は、例えば、金属材料でできている。

ハウジング５は蓋７によって閉じられる側面が開いた形状を有する。蓋７はしたがって、ハウジング５の開口６を閉じることによって管束３の側面３ｄに面して組み立てられる。

蓋７はよって、プレートもしくは管の管束３および任意の撹乱装置もしくはタービュレータの機械的強度に関与する。

さらに、マニホールド（不図示）に収容される交換器１を有する吸気装置の場合には、蓋７は、マニホールドへの交換器１の挿入のために設けられたマニホールドの開口を閉じることも可能にする。

蓋７はよって、吸気マニホールド（不図示）内での、または交換器１の任意の他の容器内での交換器１の固定を確実にする。

蓋７は、管束３とハウジング５とにしっかりと固定して取り付けられている。

よって不可分の一体的組部品が得られる。このようにして、吸気マニホールドとの組立て時に、管束３およびマニホールド（不図示）を閉じるために蓋７を組み立てる別のステップを設ける必要がなくなる。

よって組立てコストが低減され、管束３と蓋７との間にねじやスナップ嵌め機構といった別の固定要素を設ける必要もなくなる。

この蓋７は、管束３とハウジング５とに密閉されてしっかりと固定して取り付けられている。例えば、このしっかりと固定された取り付けはろう付けによってなされる。

よって交換器１の封止は強化される。

さらに、例えば吸気マニホールドへの、または任意の他の筺体もしくは容器への交換器１の挿入の場合には、制御されるべきは蓋７とマニホールドとの間の封止だけであり、蓋７と管束３との間の封止はすでに確保されていることになる。

さらに、ハウジング５の開口６を閉じるために、蓋７はしたがって、ハウジング５の形状と対をなす形状を有する。

略「Ｕ字」の形状のハウジング５で図示された実施形態によれば、蓋７は、相補的な、略全体として「Ｕ字」の形状を有する。

さらに、図２および図３により明確に示すように、蓋７は、管束３の小さい側面３ｄと、ハウジング５の端部とを覆う。このようにして、ハウジング５は管束３と蓋７との間に挿入される。

入口パイプ１５および出口パイプ１７はしたがって、密閉されて、例えばろう付けなどによって蓋７に固定されている。したがって、これらのパイプ１５、１７に、シールといった別の封止手段を設ける必要はない。

第２の流体の分配を可能にするために、蓋７はしたがって、パイプ１５、１７と並んで、オリフィス２７、２９を有し、オリフィス２７、２９はそれぞれ、パイプ１５、１７に結合しており、パイプ１５、１７の形状と対をなす形状を有する。

これらのオリフィス２７、２９は、第２の流路１１内での第２の流体の循環を可能にするために、ハウジング５に設けられた結合したオリフィス２１、２３と連通し、管束３の対応する開口２１とも連通している。

蓋７はよって、第２の流体の入口パイプ１５および出口パイプ１７と管束３との間の密閉された接続を確実にする。

さらに蓋７は、折り返し周縁部３１を有していてもよく、折り返し周縁部３１は図１に示されている。

この縁部３１は、例えば、略９０°に折れている。

この縁部３１は、例えば、ハウジング５と管束３とに対する突出部を形成している。

マニホールドに収容されるそのような交換器１を備える吸気装置の場合には、交換器１とマニホールド（不図示）との間の封止はこの周縁部３１上でなされうる。

実際には、周縁部３１上に封止手段（不図示）を設けることができる。よって蓋７は、管束３の外部封止を確実にする。

よって、そのような側面蓋７が交換器１に組み込まれていれば、管束３と蓋７との間の封止はすでに確実になっており、吸気マニホールドといった交換器の容器との封止手段（不図示）を支持するのは蓋７、特にその周縁部である。

よって交換器１とマニホールドとの間の封止は確実になる。蓋７は、吸気装置と外部環境との間の封止にも関与する。

さらに、側面閉蓋７は、吸気マニホールド（不図示）に備わった相補的固定手段（不図示）と協働する、例えばマニホールドに固定するための固定手段３３も有していてよい。

この固定は、例えば、ろう付け、接着によって、かつ／または、ねじ切りによって、あるいはクリップ留めによってさえも行うことができる。

固定手段３３は、図示の例では、交換器１をマニホールド（不図示）に挿入するための開口を画定するマニホールドの側面に面した蓋７の周縁部３１に設けられている。

蓋７はよって、マニホールド内での交換器１の固定と、マニホールドに対する交換器の固定の両方を確実にする。

したがって、管束３に組み込まれたそのような側面蓋７は、制御する必要があるはずの管束３の外部環境との封止機構を低減させることを可能にし、それと共に動作中の振動の影響をより受けにくい、密封された不可分の一体的組部品を定義することを可能にすることが理解されるであろう。

よって、封止のみならず振動現象も改善する交換器１が得られる。

Claims (8)

1. 自動車用の少なくとも２つの流体間の熱交換器であって、
   前記流体間の熱交換管束（３）と、
   少なくとも１つの側面開口（６）を有し、前記管束（３）を収容するためのハウジング（５）と、を備え、
   前記交換器は、前記ハウジング（５）の前記少なくとも１つの開口（６）を閉じるための蓋（７）も備え、
   前記管束（３）は、第１の流体の循環のための第１の流路（９）と、第２の流体の循環のための第２の流路（１１）とを画定するプレートまたは管の積み重なったものを含み、
   前記蓋（７）は、前記管束（３）および前記ハウジング（５）に密閉されてしっかりと取り付けられ、不可分の一体的組部品を形成するものであり、
   前記交換器は、前記第２の流路（１１）への第２の流体の取入れを可能にする少なくとも１つの流体入口パイプ（１５）および１つの流体出口パイプ（１７）を備え、
   前記蓋（７）は、前記第２の流体の通過のための第１及び第２のオリフィス（２７、２９）を有し、
   前記ハウジング（５）は、前記管束（３）と前記パイプ（１５、１７）との間に、前記第２の流体の循環のための、前記流体入口パイプ（１５）と連通する入口オリフィス（２１）、及び、流体出口パイプ（１７）と連通する出口オリフィス（２３）有し、
   前記ハウジング（５）は、前記側面開口（６）で開いた、全体として略「Ｕ字」の形状を有し、
   前記管束（３）の端面（３ｅ、３ｆ）は、前記第１の流体の第１の流路（９）での循環を可能にするために前記ハウジング（５）によって覆われておらず、
   前記蓋（７）は、前記ハウジング（５）の前記側面開口（６）を閉じる位置に前記管束（３）の側面（３ｄ）に管束３の側面３ｄに面して設けられ、
   前記入口オリフィス（２１）及び前記出口オリフィス（２３）は、前記管束（３）のプレートまたは管の開口と連通し、
   前記第１及び第２のオリフィス（２７、２９）はそれぞれ、前記流体入口パイプ（１５）、及び、流体出口パイプ（１７）に結合し、
   前記第１及び第２のオリフィス（２７、２９）はそれぞれ、前記第２の流路（１１）内での前記第２の流体の循環を可能にするために、前記入口オリフィス（２１）及び前記出口オリフィス（２３）と連通している
   ことを特徴とする交換器。
2. 前記蓋（７）は、前記ハウジング（５）の前記形状と対をなす、全体として略「Ｕ字」の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の交換器。
3. 前記蓋（７）はろう付けによってしっかりと固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の交換器。
4. 前記蓋（７）は、周縁部（３１）を有し、
   この周縁部（３１）は、前記管束（３）および前記ハウジング（５）に対する突出部を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の交換器。
5. 前記周縁部（３１）は前記交換器の容器に固定するための固定手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の交換器。
6. 前記蓋（７）の前記周縁部（３１）に封止手段を備えることを特徴とする請求項４または５のいずれか一項に記載の交換器。
7. 前記ハウジング（５）は、前記管束（３）と前記蓋（７）との間に挿入されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の交換器。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の交換器（１）を備え、
   前記交換器（１）を収容する吸気マニホールドも備えることを特徴とする自動車用の吸気装置。

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